外照射光子束小野射野输出修正因子的蒙特卡罗模拟研究

国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）与美国医学物理学家协会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）联合制定的外照射光子束小野静态射野剂量学操作规程（TRS-483）中提供的小野射野输出修正因子（<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>）未考虑均整模式（Flattening Filter，FF）、非均整模式（Flattening Filter Free，FFF）束流间差异，对于电离室在相同射野条件下测量的小野射野输出因子（<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>）给出相同修正系数，可能引入超过1%的偏差。据此，提出利用蒙特卡罗模拟细化电离室<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>的方法，对FF、FFF束流下电离室小野测量数据进行分别修正，进一步提升临床小野剂量测量准确性。基于EGSnrc构建Elekta Synergy加速器机头模型，建立电离室<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>模拟方法。通过电离室在FF束流不同射野条件下<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>的测量及修正，验证蒙特卡罗计算模型，并分别计算了6款小灵敏体积电离室在FF、FFF束流不同射野范围（0.8 cm×0.8 cm~10 cm×10 cm）的<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>。研究发现，同一电离室在FF、FFF束流不同射野条件下计算的<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M7"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>存在明显差异，其中PTW 31015在FFF模式下计算的<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M8"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>与FF模式计算结果相比最大偏差超过1.02%。因此，通过细化电离室<inline-formula><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M9"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">l</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>的方法能够有效提升临床小野水吸收剂量测量准确性。